Fiore Basile@fibasile

Realizzare accessori iOS con Bluetooth Low Energy e Arduino

Accessori per iOS

Esempi

Possibilità su iOS 5

•Cavo RedPark.com

•Adattatore presa audio

•ExternalAccessory.Framework

•Programma MFI

•Royalty

•Lungo processo di approvazione

•Difficile per aziende piccole

A partire da iOS6

•E’ possibile realizzare accessori•senza aderire a MFI•senza usare hardware esterno

•BLE è supportato da•iPhone 4S e superiori•iPad Retina e iPad Mini

Bluetooth 4.0

Caratteristiche•Pensato per realizzare:

•dispositivi economici

•a basso consumo, durare anni con una pila

•che comunicano a distanza ravvicinata

•per brevissimi periodi di tempo

•Bluetooth 2.0 vs Bluetooth 4.0

• stesso nome ma tecnologia diversa e non compatibile

•alcuni moduli DUAL Mode supportano entrambi i protocolli per aumentare la compatibilità

• i.e. Macbook Air, nuovi modelli

Comparazione

Bluetooth 2.0 Bluetooth 4.0

Dispositivi Audio, Video, Tastiere, Mouse, Altoparlanti Sensori, Wearable

Connessioni pairing advertising

Banda Ampia Stretta 0.3 Mbps

Durata lunga breve, lo stretto necessario

Consumo! Alto Minimo

Bluetooth 2.0 vs 4.0

Larghezza banda

0

15

30

45

60

versione 1.1 versione 2.0 versione 3.0 versione 4.0

Mbps

Architettura

GATT

Radio

UART

Multiplex

Architettura

•Controller:

•device con una radio capace di comunicare sulla banda 2.4 Ghz

•contiene software necessario per gestire advertising, la scansione e la gestione delle connessioni

• si integra con l’host tramite USB, SDIO, o UART 

•Host

• funzionalità per fare multiplexing e gestire l’accesso alle informazioni esportate dai vari devi

•L2CAP fornisce la gestione dei canali di comunicazione, il security manager contiene un protocollo per la gestione del pairing, calcolo di hash

Architettura

•Attribute protocol definisce i tipi di interazione

• richieste dal client al server

• risposte a una richiesta, dal server al client 

•comandi che non prevedono risposta, inviati dal client al server 

•notifiche dal server al client senza conferma

• indicazioni inviate dal server al client

•conferme inviate dal client al server come risposta ad un’indicazione ricevuta

•Ogni attributo

•ha un indirizzo unico, un tipo e un valore associato. 

•alcuni attributi possono essere in sola lettura

Ruoli

•Broadcaster – si limita all’advertising

•Observer – monitora gli advertisement, ma non può connettersi

•Peripheral – esegue l’advertisement, consente la connessione e può essere considerato come slave

•Central - ha il ruolo di master

•monitora gli advertisements

•avvia le connessioni

•può gestire fino a tre slave contemporaneamente

Generic Access Profile, definisce i ruoli

Modello applicativo•Characteristics

• identificate da un UUID

•ha un tipo e un valore

•può essere letta, scritta e notificata

•Service

• identificato da un UUID

• raggruppa caratteristiche

•può contenere altri service

•Peripherial

•definisce un Profile, l’insieme di service disponibili

•alcuni sono di default i.e.

•Device Info

Peripherial

Service

Service

Characteristic Descriptor

Characteristic Descriptor

Profili

Un esempioName: Current Time ServiceType: org.bluetooth.service.current_timeAssigned Number: 0x1805Abstract: This service defines how the current time can be exposed using the Generic Attribute Profile (GATT).!Service Characteristics org.bluetooth.profile.time !Mandatory properties ReadNotify

https://developer.bluetooth.org/gatt/profiles/Pages/ProfilesHome.aspx

TI Sensor Tag

Ottima introduzione a BLE

•Accelerometro 3 assi

•Magnetometro 3 assi

•Giroscopio 3 assi

•Termometro ambiente + dispositivo

•Sensore umidità

•Barometro 

• 33 Euro + IVA

F0000000-0451-4000-B000-000000000000

CBPeripheral UUID

TI Sensor TAG

Service Characteristic

AA00 Termometro AA01 Temperatura

AA02 On-Off

AA10 Accelerometro! AA11 Accelerazione (3 byte)

AA12 On-off

AA13 Sample rate

AA20 Umidità! AA21 Val. Umidità

AA22 On - off

AA30 Magnetometro AA31 Campo magnetico

AA32 On - off

AA33 Sample rate

TI Sensor TAG

Service Characteristic

AA40 Barometro AA41 Pressione

AA42 On-off

AA43 Calibrazione

AA50 Giroscopio AA51 Rotazione

AA52 On-off

F000AA51-0451-4000-B000-000000000000  Calcolo l’UUID della caratteristica Rotazione come

notify:ON Temperature

changed value: bytes Temperature

App LightBlue permette di sfogliare i servizi

Arduino

Cos’è Arduino?

•Progetto open-hardware iniziato nel 2005

•Obiettivo: fornire alla community dei maker, dei ricercatori e al mondo dell’educazione una piattaforma elettronica per sperimentare e realizzare rapidamente prototipi

•Tre elementi principali:

•una serie di schede elettroniche con un micro-controller e una serie di ingressi e uscite

•un IDE che consente di scrivere software e caricarlo sulla scheda

•una community, che fornisce software e documentazione gratuita sulla piattaforma

La scheda

Varianti

arduino.cc

Open hardware

•Arduino è open hardware

•Chiunque può creare il proprio clone non ufficiale

•Tutti i cloni rimangono compatibili con la piattaforma

Cloni

Scegliere la schedacpu, memoria, dimensioni,input

UNO AVR 8bit, 14 digital IO pin, 6 analog input, UART, SPI, I2C

Leonardo! USB Host, 2 UART

Mega 54 digital IO, 16 analog, 4 UART

Pro mini - Nano Meno porte, form-factor 2cm

Lilypad, Flora, Xadow Wearable, da cucire, basso consumo

Yun Linux MIPS + Wifi: Internet of Things Due, Tre! CPU ARM, form factor compatibile

Cloni Prezzo, funzionalità built-in aggiuntive

Porte e espansioni

Shield

TFTMOTORWIFI

ETHERNET GSM

GPS, Midi, Relé etc

Arduino IDE

open-source

Protocolli

Seriale Bluetooth 4.0 I2C

USB Client e Host Bluetooth 2.0 SPI

Ethernet GPS TWI

Wifi RF CAN

Zigbee Midi

Sensori

Esempi

•Accelerazione

•Temperatura

•Pressione atmosferica

• Luce

•Colore

• Infarossi

•Magnetismo

•GAS

•Suono

•Resistenza

•Flessione

•Contatto

•Energia

•….

Esempio

Lampeggiare un led in base all’intervallo definito con un potenziometro

Sketch Arduino

int sensorPin = A0;    // Pin A0 di ingresso per il potenziometro int ledPin = 13;      // Pin D13 per accendere un LED int sensorValue = 0;  // Variabile che contiene il valore letto !void setup() {   // il pin del led è di OUTPUT   pinMode(ledPin, OUTPUT);   } !void loop() {   // leggiamo il valore   sensorValue = analogRead(sensorPin);       // accendiamo il pin associato al led   digitalWrite(ledPin, HIGH);     // sospendiamo il programma per sensorValue millisecondi:   delay(sensorValue);             // spegnamo il led:           digitalWrite(ledPin, LOW);     // sospendiamo il programma per sensorValue millisecondi:   delay(sensorValue);                   }

Arduino Community

http://playground.arduino.cc

•Documentazione•Download•Forum•Tutorial•Progetti

Framework Core Bluetooth

CoreBluetooth.framework

•Equivalente del framework OSXIOBluetooth.framework

•Funzionalità BLE

•Scansione delle periferiche

•Connessione

•Discovery dei Service

•Discovery delle Characteristic dei Services

•Lettura e scrittura Characteristic

•Notifica Characteristic

Info.plist e Linking

Modello

CBCentralManager

CBPeripheral

CBService

CBCharacteristic

Descriptor

Supporto iniziale

•CBCentralManager + Delegate•CBPeripheral + Delegate•CBService•CBCharacteristic•CBCharacteristicDescriptor

Novità

•Modifiche e semplificazioni alle API•NSUUID vs CFUUIDRef•Accesso più rapido alle periferiche già conosciute

•Tutti i device iOS supportati forniscono•Time Service•Battery Service•Apple notification center service

•Introduzione di iBeacon•CLBeaconRegion

•Introduzione di Apple Notification Center Service rende possibile accesso al Notification Center

Esempio pratico

•FASE 1: Discovery di una Peripheral

•FASE 2: Connessione alla Peripheral

•FASE 3: Scansione dei Service

•FASE 4: Dump di Service e Characteristic Descriptor

•FASE 5: Lettura RSSI

•FASE 6: Lettura Valori Characteristic

•FASE 7: Notifica Modifiche a Characteristic

•FASE 8: Scrittura Valore Characteristic

CBCentralManager

- (id)initWithDelegate:!(id<CBCentralManagerDelegate>)delegate !queue:(dispatch_queue_t)queue !options:(NSDictionary *)options

-(void)scanForPeripheralsWithServices:!(NSArray *)serviceUUIDs !options:(NSDictionary *)options

<CBCentralManagerDelegate>

- (void)centralManagerDidUpdateState:!(CBCentralManager *)central

central.state == !

CBCentralManagerStatePoweredOn

Altrimenti ALERT

BLE Non attivo!!

- (void)centralManager:(CBCentralManager*)c !didDiscoverPeripheral:(CBPeripheral*)p advertisementData:(NSDictionary*)a RSSI:(NSNumber *)RSSI

CBCentralManager <CBCentralManagerDelegate>

- (void)centralManager: (CBCentralManager*)c didConnectPeripheral: (CBPeripheral *)p

- (void)connectPeripheral:! (CBPeripheral *)peripheral ! options:(NSDictionary *)options

CBPeripheral

-(void)discoverServices:!! (NSArray *)serviceUUIDs CBPeripheralDelegate

- setDelegate:

- (void)peripheral:(CBPeripheral *)p ! didDiscoverServices:(NSError *)e

- (void)discoverCharacteristics: (NSArray *)characteristicUUIDs forService:(CBService *)service

MyBleController

@interface BLE : NSObject <CBCentralManagerDelegate, CBPeripheralDelegate> { } !@property (strong, nonatomic) CBCentralManager *manager; @property (strong, nonatomic) CBPeripheral *peripheral; @property (assign, nonatomic) BOOL connected;

CBCentralManager init & State

- (void)initCentral { self.connected = NO;     //Creando CBCentralManager iniziamo a ricevere con i metodi delegate self.manager = [[CBCentralManager alloc] initWithDelegate:self queue:nil]; } !// Delegate - (void)centralManagerDidUpdateState:(CBCentralManager *)central { /* central.state indica lo stato della radio Bluetooth CBCentralManagerStateUnsupported, CBCentralManagerStateUnauthorized, CBCentralManagerStatePoweredOff, CBCentralManagerStateUnknown */ !   if (self.connected && central.state < CBCentralManagerStatePoweredOn) { // Bluetooth disabilitato o rifiutato         [self resetConnection];    } else if (!self.connected && central.state == CBCentralManagerStatePoweredOn) // Possiamo iniziare lo scan         [self openConnection];     } }

CBCentralManagerDelegate

Scan & scoperta periferiche

- (void)openConnection {     /* Inizia lo scan senza uno specifico service, per trovare tutte le peripheral. Passare un array di NSUUID per filtrare in base a UUID servizio. Le options ci permettono di continuare a ricevere gli advertising delle peripheral già scoperte. (Consuma batteria) */     [self.manager scanForPeripheralsWithServices:nil options:nil]; } // Delegate - (void)centralManager:(CBCentralManager *)central  didDiscoverPeripheral:(CBPeripheral *)peripheral    advertisementData:(NSDictionary *)advertisementData         RSSI:(NSNumber *)RSSI { // Scoperta nuova peripheral     if (peripheral.name == NULL) { return; }     if (peripheral.identifier == NULL) { return; } // nuovo in iOS 7 !    [self.manager stopScan];      self.peripheral = peripheral; // Teniamo la reference evitiamo il release [self.manager connectPeripheral:peripheral options:nil]; }

CBCentralManagerDelegate

Connessione

- (void)centralManager:(CBCentralManager *)central didConnectPeripheral:(CBPeripheral *)peripheral {     // connessi alla periferica // Diventiamo CBPeripheralDelegate della periferica     [peripheral setDelegate:self]; // Iniziamo il discovery dei servizi     [peripheral discoverServices:nil]; } - (void)centralManager:(CBCentralManager *)central didFailToConnectPeripheral:(CBPeripheral *)peripheral                  error:(NSError *)error { // connessione fallita } - (void)centralManager:(CBCentralManager *)central didDisconnectPeripheral:(CBPeripheral *)peripheral                  error:(NSError *)error; { // connessione terminata }

CBCentralManagerDelegate

Discovery Servizi e Caratteristiche

- (void)peripheral:(CBPeripheral *)peripheral didDiscoverServices:(NSError *)error {      for (CBService *service in peripheral.services) {         NSString *UUIDString = service.UUID.UUIDString; // New in iOS 7 ! /** iOS 6 way required bridging from Core Foundation  NSString *UUIDString = CFBridgingRelease(CFUUIDCreateString(NULL, CFBridgingRetain(service.UUID))); **/             NSLog(@“Discovered service %@: %@“, UUIDString, service.debugDescription]]; ! // Discovery Caratteristiche servizi !        [peripheral discoverCharacteristics:nil forService:service];     } } - (void)peripheral:(CBPeripheral *)peripheral didDiscoverCharacteristicsForService:(CBService *)service error:(NSError *)error { // Caratteristiche trovate     for (CBCharacteristic *characteristic in service.characteristics) {         NSString *cUUIDString =characteristic.UUID.UUIDString;                  NSLog(@“ %@: %@", cUUIDString, characteristic.debugDescription));     } }

CBPeripheralDelegate

Identita’ servizi e caratteristiche

-(CBService *) findServiceFromUUID:(NSUUID *)UUID p:(CBPeripheral *)p { for(int i = 0; i < p.services.count; i++) { CBService *s = [p.services objectAtIndex:i]; if ([s.UUID.UUIDString isEqualToString:UUID.UUIDString]) return s; } return nil; //Servizio non disponibile } -(CBCharacteristic *) findCharacteristicFromUUID:(CBUUID *)UUID service:(CBService*)service { for(int i=0; i < service.characteristics.count; i++) { CBCharacteristic *c = [service.characteristics objectAtIndex:i]; if ([c.UUID.UUIDString isEqualToString:UUID.UUIDString]) return c; } return nil; //Caratteristica non disponibile }

RSSI

- (void) updateRSSI { ! // richiesta lettura RSSI if (self.peripheral != nil && self.connected) { ! [self.peripheral readRSSI]; ! } !} - (void)peripheralDidUpdateRSSI:(CBPeripheral *)peripheral error:(NSError *)error { ! // potenza del segnale ottenuta i.e. -40db = 1 metro // —46db = 2metri etc ! int rssi = peripheral.RSSI.intValue; !}

(Received signal strength indication)

Lettura valore caratteristica

-(void) readValue: (NSUUID *)serviceUUID characteristicUUID:(NSUUID *)characteristicUUID p:(CBPeripheral *)p { CBService *service = [self findServiceFromUUID:serviceUUID p:p]; if (!service) { // non trovato return; } CBCharacteristic *characteristic = [self findCharacteristicFromUUID:characteristicUUID service:service]; if (!characteristic) { // Non trovata } [p readValueForCharacteristic:characteristic]; }

Abilita Notifiche caratteristica

-(void) notification:(CBUUID *)serviceUUID characteristicUUID:(CBUUID *)characteristicUUID p:(CBPeripheral *)p on:(BOOL)on { CBService *service = [self findServiceFromUUID:serviceUUID p:p]; if (!service) { // non trovato return; } CBCharacteristic *characteristic = [self findCharacteristicFromUUID:characteristicUUID service:service]; if (!characteristic) { // non trovata return; } [p setNotifyValue:ON forCharacteristic:characteristic]; }

Conferma modifica flag & ricezione dati- (void)peripheral:(CBPeripheral *)peripheral didUpdateNotificationStateForCharacteristic:(CBCharacteristic *)characteristic error:(NSError *)error { if (!error) { // flag modificato, ok } else {// errore} } - (void)peripheral:(CBPeripheral *)peripheral didUpdateValueForCharacteristic:(CBCharacteristic *)characteristic error:(NSError *)error { if (!error) { // leggiamo n byte in base alla caratteristica NSString uuidString = characteristic.UUID.UUIDString; int dataLen = characteristic.value.length; NSData* data = characteristic.value; // abbiamo ricevuto dataLen bytes } else { // errore } }

Scrittura valore Caratteristica-(void) writeValue:(CBUUID *)serviceUUID characteristicUUID:(CBUUID *)characteristicUUID p:(CBPeripheral *)p data:(NSData *)data { CBService *service = [self findServiceFromUUID:serviceUUID p:p]; if (!service) { // non trovato } CBCharacteristic *characteristic = [self findCharacteristicFromUUID:characteristicUUID service:service]; if (!characteristic) { // non trovata } // Scrivo senza richiedere una conferma della modifica con CBCharacteristicWriteWithoutResponse // CBCharacteristicWriteWithResponse chiama invece il delegate // peripheral:didWriteValueForCharacteristic:error: ! [p writeValue:data forCharacteristic:characteristic type:CBCharacteristicWriteWithoutResponse]; }

YmsCoreBluetooth

•Framework open source per sviluppare applicazioni BLE

•Basato sui Blocks

•Codice di esempio per l’uso del TI Tag Sensor

•Disponibile su

http://kickingvegas.github.io/YmsCoreBluetooth/

YmsCoreBluetooth

!•!YMSCBCentralManager da estendere ! ! scansione e caricamento peripheral! !•!YMSCBPeripheral da estendere! ! connessione e disconnessione, discovery servizi! !•!YMSCBService da specializzare in n sottoclassi! !! discovery characteristic, gestione notifiche! !•!YMSCBCharacteristic da specializzare in sottoclasse! ! gestione stato notifiche, scrittura, lettura, descriptor! ! interpretazione dei dati! !•!YMSCBDescriptor! !! lettura e scrittura valori

iBeacon e CoreLocation

Motivazioni

•Gli iBeacon consentono di creare servizi di localizzazione precisi in spazi ristretti

•Ogni iBeacon trasmette la propria presenza

• Le app possono identificare iBeacon vicini o distanti in un’area

• Il processo può essere attivato in una specifica Location

•A ciascun iBeacon può corrispondere• Una notifica

• Un contenuto

• Un biglietto Passbook, etc

Esempio

•App Supermercato com.app.supermarket

•Catena di supermercati Identificatore Unico

!

•Supermercato specifico Indentificatore Major

!

•Banco Salumeria Identificatore Minor

!

!

• Il beacon ci permette di sapere esattamente dove ci troviamo all’interno del supermercato

iBeacon

iBeaconUUID

Identificatore

Major

Minor

Unico per l’app uguale per tutti gli iBeacon

Identificatore x location es. milano, pisa

Es. Identificatore Negozio

Es. Identificatore Zona

iBeacon trasmissione

#import <CoreBluetooth/CoreBluetooth.h> #import <CoreLocation/CoreLocation.h> !@interface IBeaconTransmitter ()     @property (nonatomic, retain) CLBeaconRegion *beaconRegion;     @property (nonatomic, retain) CBPeripheralManager *manager; @end   /* Identificativi */ NSUUID *uuid = [[NSUUID alloc] initWithUUIDString: @"AAAA-BBBB-CCCC-DDDD"]; NSString *identifier = @"MyBeacon"; !//Region di interesse !self.beaconRegion = [[CLBeaconRegion alloc] initWithProximityUUID:uuid identifier:identifier]; self.manager = [[CBPeripheralManager alloc] initWithDelegate:self queue:nil];

iBeacon Trasmissione - 2

#pragma mark - CBPeripheralManagerDelegate   //CBPeripheralManager callback, il manager è pronto per la connessione !- (void)peripheralManagerDidUpdateState:(CBPeripheralManager *)peripheral {   if (peripheral.state != CBPeripheralManagerStatePoweredOn) {     return;   }     // default power   // possiamo dare un valore diverso per limitare l’advertising ! NSDictionary *payload = [beaconRegion peripheralDataWithMeasuredPower:nil];     //Start advertising   [manager startAdvertising:payload]; }

iBeacon - Monitoring

#import <CoreLocation/CoreLocation.h>   /* Stesso UUID di prima */ !NSUUID *uuid = [[NSUUID alloc] initWithUUIDString:@"AAAA-BBBB-CCCC-DDDD"]; !NSString *identifier = @"MyBeacon"; !//Definiamo la region dove cercare i beacon con questi dati !CLBeaconRegion *beaconRegion = [[CLBeaconRegion alloc] initWithProximityUUID:uuid identifier:identifier]; !// Avvia il monitoring !CLLocationManager *manager = [[CLLocationManager alloc] init]; ![manager setDelegate:self]; ![manager startMonitoringForRegion:beaconRegion];

iBeacon Monitoring - 2

#pragma mark - CLLocationManagerDelegate Methods   //Callback se entriamo in una region di interesse //Beacon in vista - (void)locationManager:(CLLocationManager *)manager didEnterRegion:(CLRegion *)region {   if ([region isKindOfClass:[CLBeaconRegion class]]) {     [manager startRangingBeaconsInRegion:(CLBeaconRegion *)region];   } }   //Callback quando usciamo da una region di interesse //Nessun beacon in vista - (void)locationManager:(CLLocationManager *)manager didExitRegion:(CLRegion *)region {   if ([region isKindOfClass:[CLBeaconRegion class]]) {     [manager stopRangingBeaconsInRegion:(CLBeaconRegion *)region];   } }  

iBeacon Monitoring - 3

// Log delle trasmissioni dei beacon - (void)locationManager:(CLLocationManager *)manager didRangeBeacons:(NSArray *)beacons                inRegion:(CLBeaconRegion *)region {   //Verifichiamo la distanza dal iBeacon   CLBeacon *beacon = [beacons objectAtIndex:0];     switch (beacon.proximity) {     case CLProximityImmediate:       NSLog(@“Immediatamente vicino");       break;     case CLProximityNear:       NSLog(@“Quasi vicino");       break;     default:       NSLog(@“Visible ma distante");       break;   } }

Apple Notification Center Service

Apple Notification Center Service

•Sostituisce il Notification Profile di BLE con una versione proprietaria

•Consente di monitorare tramite BLE le notifiche delle applicazioni iOS

•Permette di realizzare “Display” e comportamenti legati alle notifiche iOS

•Scenari:• Arrivo di una notifica

• Modifica di una notifica

• Annullamento di una notifica

Motivazioni

•Tramite l’Apple Notification Center Service e’ possibile accedere alle notifiche dal Device

•Possiamo visualizzare le notifiche o rispondere con output e azioni

•E’ possibile realizzare accessori che estendono il device con ad esempio con

•schermi aggiuntivi, luci, vibrazione, motori, etc…

Servizio e caratteristiche

•Service UUID 7905F431-B5CE-4E99-A40F-4B1E122D00D0Caratteristiche• Notification Source: Obbligatorio

UUID 9FBF120D-6301-42D9-8C58-25E699A21DBD (notifiable) da monitorare per ricevere le notifiche

• Control Point: OpzionaleUUID 69D1D8F3-45E1-49A8-9821-9BBDFDAAD9D9 (writeable with response) da usare per richiedere info aggiuntive

• Data Source: OpzionaleUUID 22EAC6E9-24D6-4BB5-BE44-B36ACE7C7BFB (notifiable) da monitorare per ricevere le info aggiuntive

Notification Source

• I dati relativi alle notifiche contengono:• Il tipo di notifica (nuova, modifica,

annulla)

• Flag notifica (ad. esempio importante)

• Categoria della notifica (Chiamata in entrata, persa, etc, Email, News, Social, Location Entertainment, etc)

• Numero notifiche

• UUID Notifica utile per recuperare attributi della notifica da Control Point

NotificaTipo

Flag

Categoria

Altri attributi

•Attributi Notifica

•App id applicazione

•Titolo notifica

•Messaggio

•Attributi App

•Nome app

Arduino e BLE

Arduino e BLE

•Supporto tramite shield

•RedbearLab BLE Shield

•Dr. Knoll BLE Shield•Richiedono librerie

aggiuntive per Arduino

Arduino e BLESupporto tramite un modulo esterno

•RedbearLab BLE MINI

•MicroController integrato

•Si connette direttamente alla porta Seriale di Arduino

•Non richiede librerie aggiuntive

•Consente di aggiornare il firmware

•Supporta iBeacon

•Non supporta al momento ANCS•Aggiungere supporto a progetti

Wearable, Etc

BLE Firmata•Libreria Arduino fornita con BearLab BLE Shield

•https://github.com/RedBearLab/Release/raw/master/BLEShield/BLEShield_Library_v1.0.2.zip

•Carichiamo su Arduino BLEFirmata.pde tramite l’IDE

•Possiamo accedere tramite BLE a tutti gli input e gli output di Arduino dall’app iOS BLE Arduino

•BLEFirmata.pde

Protocollo

firmata.org

formato

MIDI

BLE Shield - Servizi•Unico Service

UUID "713D0000-503E-4C75-BA94-3148F18D941E"

•Due caratteristiche TX, RX• Leggiamo i dati dallo Shield attivando la notifica sulla caratteristica RX

713D0002-503E-4C75-BA94-3148F18D941E

• Scriviamo i dati sullo Shield aggiornando il valore della caratteristica TX713D0003-503E-4C75-BA94-3148F18D941E

notify:ON RX

write: bytes TX

changed value: bytes RX

BLE Chat - Arduino Code#include <Arduino.h> #include <SPI.h> #include "ble.h" !unsigned char buf[16] = {0}; unsigned char len = 0; !void setup() { // protocollo SPI per // comunicare con lo shield SPI.setDataMode(SPI_MODE0); SPI.setBitOrder(LSBFIRST); SPI.setClockDivider(SPI_CLOCK_DIV16); SPI.begin(); ble_begin(); // monitor seriale arduino Serial.begin(57600); }

void loop() { // leggi dal canale ble while ( ble_available() ) Serial.write(ble_read()); // leggo dalla seriale di arduino // per 16 bytes o fino a \n while ( Serial.available() ) { unsigned char c = Serial.read(); if (c != 0xD) { if (len < 16) buf[len++] = c; } else { // scrivo il buffer sullo shield BLE for (int i = 0; i < len; i++) ble_write(buf[i]); len = 0; } } ble_do_events(); }

BLE Chat - iOS Code

// Attivo la notifica sul service RX !-(void) enableReadNotification:(CBPeripheral *)p { CBUUID *uuid_service = [[NSUUID alloc] initWithUUIDString:@BLE_DEVICE_SERVICE_UUID]; CBUUID *uuid_char = [[NSUUID alloc] initWithUUIDString: @BLE_DEVICE_RX_UUID]; [self notification:uuid_service characteristicUUID:uuid_char p:p on:YES]; }

Connessione e discovery come esempio BLE Dump

BLE Chat - iOS Code

-(void) write:(NSData *)d { CBUUID *uuid_service = [[NSUUID alloc] initWithUUIDString: @BLE_DEVICE_SERVICE_UUID]; CBUUID *uuid_char = [[NSUUID alloc] initWithUUIDString: @BLE_DEVICE_TX_UUID]; [self writeValue:uuid_service characteristicUUID:uuid_char p:activePeripheral data:d]; }

Scrivo sulla caratteristica TX, NSData di max 16 Byte alla volta

BLE Chat - Arduino Code

!#include <Arduino.h> !!unsigned char buf[16] = {0}; unsigned char len = 0; !void setup() { // ble mini sulla // seconda seriale Serial1.begin(57600); // monitor seriale arduino Serial.begin(57600); } !

void loop() { // leggi dal canale ble while ( Serial1.available() ) Serial.write(Serial1.read()); // leggo dalla seriale di arduino // per 16 bytes o fino a \n while ( Serial.available() ) { unsigned char c = Serial.read(); if (c != 0xD) { if (len < 16) buf[len++] = c; } else { // scrivo sullo shield BLE for (int i = 0; i < len; i++) Serial1.write(buf[i]); len = 0; } } }

BLE Mini Framework iBeacon

RBL_SERVICE_UUID                   @"B0702880-A295-A8AB-F734-031A98A512DE" RBL_CHARACTERISTIC_IBEACON_UUID    @"B0702881-A295-A8AB-F734-031A98A512DE" RBL_CHARACTERISTIC_MAJOR_UUID      @"B0702882-A295-A8AB-F734-031A98A512DE" RBL_CHARACTERISTIC_MINOR_UUID      @"B0702883-A295-A8AB-F734-031A98A512DE" RBL_CHARACTERISTIC_POWER_UUID      @"B0702884-A295-A8AB-F734-031A98A512DE" !!Ci consentono di impostare via BLE quali saranno i valori per Identifier, UUID, MAJOR, MINOR, POWER ad es. !-(void) writeUUID:(NSData *)uuid_bytes { CBUUID *uuid_service = [[NSUUID alloc] initWithUUIDString: @RBL_SERVICE_UUID]; CBUUID *uuid_char = [[NSUUID alloc] initWithUUIDString: @ RBL_CHARACTERISTIC_IBEACON_UUID]; [self writeValue:uuid_service characteristicUUID:uuid_char p:activePeripheral data:d]; !}

Concludendo

• Il firmware custom consente di realizzare • nuovi profili

• nuovi servizi

• nuove caratteristiche

•Purtroppo sono necessari SDK proprietari per scrivere un nuovo firmware

•Per la maggior parte dei casi bastano le caratteristiche esistenti• notifica RX e scrittura TX

Applicazioni pratiche

Creare un protocollo•Dimensione dei dati limitata (max

16 byte alla volta)

•Capace di gestire disconnessioni frequenti

•Errori di trasmissione, pacchetti incompleti

•Facile debugEsempi

•Firmata -> Protocollo Midi

•MQTT

•Protocollo ad hoc, Testo semplice

Da costruire sulle

caratteristiche RX / TX

dei moduli BLE

Firmata/* This protocol uses the MIDI message format! * ! * MIDI ! * type command channel first byte second byte ! *----------------------------------------------------------------------------! * analog I/O message 0xE0 pin # LSB(bits 0-6) MSB(bits 7-13)! * digital I/O message 0x90 port LSB(bits 0-6) MSB(bits 7-13)! * report analog pin 0xC0 pin # disable/enable(0/1) - n/a -! * report digital port 0xD0 port disable/enable(0/1) - n/a -! *! * sysex start 0xF0 ! * set pin mode(I/O) 0xF4 pin # (0-127) pin state(0=in)! * sysex end 0xF7 ! * protocol version 0xF9 major version minor version! * system reset 0xFF! *! */

comando 0xE0 pin LSB valore MSB valore

Sensori

•Parsing comandi iOS

•Gestione comandi:• on / off sensore

• abilita / disabilita invio pacchetti dati

• Lettura Dati dal Sensore

•Scrittura Pacchetto Dati

•On / Off Sensore

•Abilita Notifiche Valore Sensore

•Parsing Pacchetto dati Sensore

•Visualizza Dati Sensore

Arduino iOS

Smartwatch

Smartwatch

•Parsing comandi iOS

•Gestione comandi:• on / off sensore

• abilita / disabilita invio pacchetti dati

• visualizza bitmap

• visualizza messaggio testo

• reset

• Lettura Dati dal Sensore

•Scrittura Pacchetto Dati

•Gestione del display

•On / Off Sensore

•Abilita Notifiche Valore Sensore

•Parsing Pacchetto dati Sensore

•Visualizza Dati Sensore

• Invio messaggi sul display

• Invio notifiche sul display

Arduino iOS

Controllo remoto

• 2 Motori indipendenti

• Accelerometro • Magnetometro • Sensori ad

infrarossi • Ultrasuoni

Controllo Remoto

•Parsing comandi iOS

•Gestione comandi:• on / off sensore

• abilita / disabilita invio pacchetti dati

• Lettura Dati dal Sensore

•Scrittura Pacchetto Dati

•Gestione dei motori

•On / Off Sensore

•Abilita Notifiche Valore Sensore

•Parsing Pacchetto dati Sensore

•Visualizza Dati Sensore

• Invio velocita’ e angolo di sterzata

Arduino iOS

Making Things Talk - Tom Igoe

Controller per App

•Parsing comandi iOS

•Gestione comandi:• on / off sensore

• abilita / disabilita invio pacchetti dati

• Lettura Dati dal Sensore

•Scrittura Pacchetto Dati

•On / Off Sensore

•Abilita Notifiche Valore Sensore

•Parsing Pacchetto dati Sensore

•Gestione input sull’app

Arduino iOS

Riepilogo

•Grazie all’integrazione tra Arduino e iOS è possibile:

•utilizzare sensori di ogni tipo e elaborare i dati in applicazioni iOS

•pilotare robot e veicoli di vario tipo

• realizzare controller per le applicazioni iOS

•creare applicazioni context-sensitive grazie a iBeacon

•Esistono limitazioni sulla piattaforma Bluetooth 4.0 non è ancora ampiamente diffusa

• Il costo degli adattatori è ancora elevato

Prospettive future

Wearable Computing

Soft circuits

Internet of Things

UAV

Ubiquitous Computing

Riepilogo

•Col tempo si diffonderanno moltissimi tipi di accessori • da indossare

• integrati negli oggetti di uso quotidiano

• nelle auto

• negli elettrodomestici

• La possibilità di reagire all’ambiente circostante creerà nuovi tipi di app

• reti personali, domotica, eventi, advertising,

• luoghi pubblici, grande distribuzione, logistica

• droni, robot

Grazie! !

contatti:

Fiore Basile @fibasile

fibasile.github.io